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水煤浆输送流变性的研究

水煤浆输送流变性的研究
影响管道输送矿幕的*重要的因素是固液悬浮体的流变性.水煤浆或实际上任何固一水悬浮体的流变性都取决于许多因素,*重要的因素是悬浮体中固体所占的此倒,粒度大小厦其分布,吼夏悬浮体中顿粒间的相互作甩.这种相互作用爱悬浮俸中固体表面性质,水溶液的值和电解质的影响.悬浮体的流变性流体的流动性是用表现在流体中的剪切率和切应力之间的关系来描述的.剪切率即速度梯度,是流速在其法线方向上的变化率.妇切应力即单位面积上的剪切力(切向阻力),对牛顿流体来说,两者之间互成比饲.我们把切应力与速度梯度的比定义为精度,因此可以写成(1)固体颗粒粒度小,浓度低肘,悬浮体呈现牛顿流体的特性,而进一步增大悬浮体浓度,由剪切率比切应力画出的流动曲线就不是线性关系,不通过由牛顿流体所面出的流动曲线的座标原点,切应力与剪切率或速度梯度的比不是常数,而是随剪切率变化的.流体的流动特性用表观精度(即切应力与剪切率之比,剪切率当然是变化的)来描述.某些呈现塑性流体特性行为的悬浮体,只有达到临界应力后才开始流动.延长这种流体的流动曲线的线性部分就会在切应力轴上有一截距,这段藏距所代表的切应力就称为静屈服应力,它与悬浮体支托大颗粒的能力有关,是固体颗粒输送系统的一个重要参数.塑性流体的切应力与剪切率之间的关系可以写成式中为静屈服应力,为流动曲线的斜率,可称为刚性系数或塑性系数,也叫作有效粘度.固体颗粒的输送影响矿浆输送系统设计的重要因素之一是确定摩擦损失和临界输送速度,由这两个数值即可计算泵所需的总功率.固液混合物的流动可能均匀也可能不均匀.均匀流动是细颗粒悬浮体的特性,层流状态下该悬浮体流动和均匀液体一样,但伴有颗粒沉积.不均匀流动则表现为粗颗粒悬浮体的特性:流动速度大时悬浮体全部流动,其中颗粒的流动速度略低于液体的流动速度流动速度低时颗粒在管道底部易于形成固定床层.管道中流体流动的摩擦损失是流速的函数.矿荣流动情况和管道中流体流动一样,摩攘损失除与流速有关外,也取决于悬浮体的特性.对给定的管道来说,速度比临界遍度低时的流动是层流状态,速度比临界速度高则呈紊流状态.从层流状态向紊流状态过渡时,流动阻力增大.在流速变化时摩擦损失随平均速度变化.图1表示摩擦损失与速度之间的关系.曲线所代表的是不均匀悬浮体,曲线所代表的是均匀悬浮体.输送矿浆时,颗粒停止沿管道底部滑动.珧跃运动时的速度叫临界输送速度或*小输送速度.临界速度对矿浆的流变性很敏感,受固体浓度,粒度大小和管径的影响均匀悬浮体转变速度是指从层浇态过渡到紊流态时的速度:不均匀悬浮体转变速度是指蔷窖毫萋登生世-2图1均匀流动和非均匀流动摩擦损失与流动速皮之问的关系曲线从沉积过渡到句速流动或跳跃流动时的速度.长距离管道输送矿浆必然要求流体处于紊流态,以保证固体悬浮,否则颗粒将沉积并*终导致不稳定的流动状况.所以,预知粘滞转变速度是很重要的.1967年研究了这个问题,认为塑性流体转变速度与赫斯特罗姆数日.有关.日.是赫斯特罗姆摄出的一个无因次综台量,表示为;:罢一(3)该式可能与临骄雷诺数兄有关,.表示为:等式中.为塑性粘度,0.为悬浮体密度.为临界转变速度,为管径.两者的对应关系用图2表示.转变速度确定以后,就可以从图3旧对应关系曲线上求出与给定的日和月值对应的管道摩擦系数.通过.和日.之间的对应关系能够求出转变速度,从而控制输送过程在紊流区进行.当流体处于高于临界速度的任一所需流速肘,求出日.就可以确定摩擦系数,然后就能够正确地算出全部压差和正常情况下泵所需的功率.图2塑性流动口.和月.之问的关系曲线显然,悬浮体的流变特性影响着矿浆的流动性和泵的费用,同样也影响悬浮体的稳定性.静态悬浮体的静屈服应力决定该悬浮体所支托的固体颗粒的*大粒度和密度,或者说静态悬浮体的表观粘度决定这些颗粒的圉3矿浆输送过程管道摩擦系数与冠.之间的关系曲线沉降速度.换言之,表观粘度能决定悬浮体的稳定性.*理想的情况是有大的屈服应力以确保悬浮体的高度稳定,从而减少颗粒沉积量.保持大颗粒在悬浮体中的均匀分布将使管道系统在停运后再次启动更为容易.?51?悬浮体理想的流变往是有效粘度低,屈服应力大,这样可以产生稳定的悬浮体,并且通常在低流速时达到临界雷诺数,保证流体在低压差下继续流动,因而使泵功耗费用达到*低水平.实验为了测定决定悬浮体流变性的主要参量及加入电解质和聚台物溶液对悬浮体特性的!影响情况,已做了一系列的水煤浆实验.实验所用煤样取自英国北约克郡矿区.所测参量是粒度大小,粒度分布及固体颗粒的函数.测定在不同浓度的悬浮体中加入,12,11$和分散剂六偏磷酸钠对￡或电位和流变性的影响.为测定聚合物40,40,4)和40样品的影响也做了类似的实验.用配有旋转液压缸的手提式粘度计测定水煤浆的流变性.测定了当剪切率为110330/时,在浓度不同的悬浮体中加入不同的电解质和聚合物添加剂后屈服应力的变化.用"电位测量仪"测定有不同电解质和聚台物的悬浮体中煤颗粒的电位,目的在于使它们能与所测的悬浮体流变性联系起来固体颗粒的浓度对悬浮体的流动性影响很大.当剪切率为常数时,测量了一系列固体颗粒浓度及粒度分布不同时的悬浮体的表观粘度,实验结果如图4所示,细颗粒粒度分布对应的粘度大,静屈服应力也大.增大浓度与减小粒度对有效粘度和静屈服应力的影响相类似,即浓度增大,粒度减小时粘度相静屈服应力增大这与被普遍接受的颗粒水化膜作用的理论是一致的,有极性的水分子在颗粒表面吸附,形成水化膜并平衡颗粒表面电荷.这些离子根据其性质和溶液浓度调节粒子间吸目?52和排斥的关系.颗粒的总表面积决定了水化膜的容积,粒度越小颗粒表面积越大,形成水化膜的容积也越大.流体流动前须破坏颗粒水化膜之间力平衡时所形成的不稳定结构,结构越致密(粒度越小)越难流动同样,颗粒浓度越大,水化艇越多,促使颗粒之间相互拥挤进～步聚集.因此必须用外力克服悬浮体中的内聚结构才能使悬浮体流动.

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